高電壓大容量變壓器絕緣技術(shù)的應(yīng)用分析

董建平，馬 鵬

(內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司阿拉善電業(yè)局，內(nèi)蒙古 阿拉善 750306)

0 引言

在技術(shù)不斷發(fā)展的今天，機(jī)電行業(yè)發(fā)展非常迅速，對(duì)過(guò)去高耗能的發(fā)展方式提出了更高的要求，需要在變壓器絕緣技術(shù)上不斷進(jìn)行創(chuàng)新，需要認(rèn)真做好機(jī)電絕緣結(jié)構(gòu)的研究。通過(guò)對(duì)高壓設(shè)備采用絕緣技術(shù)，可以有效提升生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，真正實(shí)現(xiàn)低投入高效益，提升電力生產(chǎn)的環(huán)保程度。在應(yīng)用絕緣技術(shù)之后，能夠降低火電投資的比例。

1 變壓器絕緣材料概述

在電氣設(shè)備實(shí)際使用的過(guò)程中，通常會(huì)將氣體作為絕緣材料。由于氣體的絕緣性能比較強(qiáng)，具有比較強(qiáng)的滅弧作用，冷卻效果也比較顯著。如果采用固體或者液體絕緣的過(guò)程中，往往都會(huì)有一定的氣體空隙。如果使用氣體作為絕緣材料，其應(yīng)該滿(mǎn)足如下的條件，具有更好的絕緣強(qiáng)度、更低的液化溫度、熱導(dǎo)率更低、更低的價(jià)格、來(lái)源應(yīng)該比較豐富。絕緣氣體主要包括空氣、氮?dú)狻⒍趸?、六氟化硫、混合氣體等。空氣在自然界的分布是最為廣泛的，價(jià)格也最為低廉，是一種非常普遍的氣體電介質(zhì)，還具有液化溫度低、擊穿自愈能力強(qiáng)、物理化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在斷路器中的使用比較多。相對(duì)于其它氣體，氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)會(huì)更加穩(wěn)定一些，不容易對(duì)金屬材料造成腐蝕現(xiàn)象，也不具有助燃效果，是一種非常常用氣體電介質(zhì)材料。SF6作為一種電負(fù)性氣體，其擊穿場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)比較高，滅弧性能也非常理想，其滅弧能力能力約為空氣的10倍左右[1]。純凈的SF6氣體的毒性相對(duì)比較弱，化學(xué)穩(wěn)定性也相對(duì)比較強(qiáng)，能夠在比較高的溫度下，依然保持比較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，也不容易與水、酸、堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在各種電氣設(shè)備中的應(yīng)用越來(lái)越多。如果采用混合氣體作為電介質(zhì)，其電氣強(qiáng)度會(huì)更強(qiáng)一些，使用價(jià)格也相對(duì)更加便宜，例如SF6-N2就是一種比較理想的混合氣體。在通常的情況下，其絕緣電阻會(huì)更高一些，在發(fā)生絕緣破壞下，能夠及時(shí)恢復(fù)。同傳統(tǒng)的固體和液體材料相比，其主要的缺點(diǎn)是絕緣屈服值會(huì)更低一些。氣體絕緣材料在電氣設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，發(fā)揮著比較強(qiáng)的絕緣作用，且由于介電常數(shù)和損耗相對(duì)比較小，在高壓和高頻的領(lǐng)域也有應(yīng)用。

電工用塑料。電工用塑料通常由合成樹(shù)脂、填料和添加劑制成，其通常會(huì)呈現(xiàn)粉末、顆粒、纖維狀。在一定的溫度和壓力作用下，并通過(guò)成型工藝，就可以制成絕緣零部件，可以直接作為電纜絕緣材料使用。合成樹(shù)脂是塑料的重要組成部分，會(huì)對(duì)塑料的特性產(chǎn)生直接的影響。按照樹(shù)脂類(lèi)型的不同，這些塑料可以分為熱固性和熱塑性材料。在熱固性材料成型之后，其分子結(jié)構(gòu)通常為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。熱塑性材料通常采用的是熱壓成型工藝，其分子結(jié)構(gòu)通常為網(wǎng)狀，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，可以反復(fù)成型使用[2]。

絕緣膠的種類(lèi)非常多。在變壓器上使用的絕緣膠主要包括聚醋酸乙烯酯、酚醛樹(shù)脂、聚乙酸醇等。

2 高電壓大容量變壓器絕緣技術(shù)的發(fā)展

隨著社會(huì)的高速發(fā)展，絕緣技術(shù)當(dāng)前發(fā)展非常迅速，交流電機(jī)小型化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，重量也越來(lái)越輕，對(duì)絕緣技術(shù)的應(yīng)用提出了更高的要求，要求機(jī)電設(shè)備能夠在更加惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，能夠經(jīng)受得住環(huán)境的考驗(yàn)。隨著絕緣技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)各種大容量變壓器的應(yīng)用越來(lái)越多。在技術(shù)高速發(fā)展的今天，越來(lái)越多的交流電動(dòng)機(jī)面臨著被淘汰的局面，很多大容量變壓器逐漸使用B級(jí)絕緣體系來(lái)代替F級(jí)絕緣體系，電機(jī)的額定容量也不斷提升。為了實(shí)現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，各種低能耗技術(shù)逐漸得到應(yīng)用，對(duì)電機(jī)提出了高導(dǎo)電、高導(dǎo)磁率的要求，這樣才能保證電機(jī)的空載率，這對(duì)變壓器絕緣技術(shù)的應(yīng)用，提出了更高的要求。在相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，雖然電動(dòng)機(jī)采用了不同的絕緣材料，但絕緣結(jié)構(gòu)基本是一樣的，根據(jù)制造工藝可以分為膠模絕緣和少膠浸漬絕緣體系。

3 高電壓大容量變壓器絕緣技術(shù)類(lèi)型

1)多膠模壓絕緣體系。該體系是由模壓成型、多膠粉云母連續(xù)式繞包組成的絕緣體系，在我國(guó)電機(jī)行業(yè)中的應(yīng)用相對(duì)比較多，種類(lèi)也相對(duì)比較多，在制造業(yè)中的使用相對(duì)比較多，還有一種被稱(chēng)為VPI的體系，實(shí)際應(yīng)用也比較多。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各個(gè)國(guó)家之間的技術(shù)交流越來(lái)越普遍，我國(guó)和很多國(guó)際知名大公司都有合作，并開(kāi)展了大量的技術(shù)引進(jìn)工作，提供了大量的材料，為絕緣體系的建設(shè)，打下了非常好的基礎(chǔ)。當(dāng)前是一個(gè)技術(shù)高速發(fā)展的年代，技術(shù)更新?lián)Q代的速度非?？?，各種新型的材料被先后投入使用，新產(chǎn)品的研發(fā)工作也越來(lái)越多[3]。例如當(dāng)前研制出來(lái)一種LD-F體系。在該材料的制作過(guò)程中，使用了大量的鱗片材料，其屬于一種補(bǔ)強(qiáng)定量鱗片材料，另外一種材料是聚酯薄膜材料。云母具有含量高、滲透性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際使用的過(guò)程中，可以有效避免材料流失現(xiàn)象

的發(fā)生，是一種性能比較好的固化樹(shù)脂，在很多變壓器當(dāng)中都有使用。

2)絕緣漆管。絕緣漆管是最近幾年開(kāi)發(fā)出來(lái)的材料，在高壓領(lǐng)域應(yīng)用相對(duì)比較多，絕緣漆管的底材通常為玻璃纖維或者棉紗，其種類(lèi)相對(duì)比較多，主要包括改性聚氯乙烯樹(shù)脂、醇酸清漆、油性絕緣清漆、硅橡膠漿。在實(shí)際使用過(guò)程中，需要認(rèn)真做好漆管的浸漬工作，保證漆膜的完整性，在通常的情況下，其可以承受5 kV左右的電壓，擊穿電壓也相對(duì)比較低，可以維持在2 kV左右，在受潮的狀態(tài)下，其擊穿電壓也會(huì)大于1.5 kV。

LDF絕緣體系實(shí)際應(yīng)用時(shí)間已經(jīng)比較長(zhǎng)，研發(fā)人員在該材料的研發(fā)工作中，投入了非常大的力度，在低壓機(jī)電絕緣領(lǐng)域中的應(yīng)用比較多，廣泛應(yīng)用在同步電機(jī)、變頻電機(jī)當(dāng)中。我們都知道，LDF絕緣體系的使用性能比較突出，絕緣層的厚度也相對(duì)比較薄，具有比較強(qiáng)的耐熱性、穩(wěn)定性，電氣性能也非常突出。通過(guò)該絕緣體系的使用，可以降低出現(xiàn)安全隱患的概率，設(shè)備運(yùn)行的安全程度會(huì)更高一些，絕緣工藝使用相對(duì)比較簡(jiǎn)單，有利于工程技術(shù)人員的掌握。在具體的使用過(guò)程中，為了保證節(jié)能效果，應(yīng)該盡量做到凈化生產(chǎn)。通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，絕緣厚度越來(lái)越薄，相信經(jīng)過(guò)該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其厚度可以降低到1 mm 。通過(guò)該體系的應(yīng)用，可以有效滿(mǎn)足生產(chǎn)的實(shí)際需要，材料體系也相對(duì)比較豐富，能夠滿(mǎn)足市場(chǎng)發(fā)展的實(shí)際需要。

3)少膠粉云母脂環(huán)氧VPI絕緣體系。在該體系實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，需要在其中加入一部分TMEIC絕緣，再輔以一定量的VB2645樹(shù)脂，這樣才可以將體系的作用充分發(fā)揮出來(lái)。在該絕緣體系的實(shí)際使用過(guò)程中，需要加入一定的稀釋劑，并經(jīng)過(guò)合成工藝制作而成，通常需要在其內(nèi)部加入固化劑、浸漬樹(shù)脂，并通過(guò)特殊工藝制作成成品。此外，還有其它一些的絕緣體系，其合成材料差異比較大，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮的功能也各不相同。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，對(duì)大容量變壓器的使用，提出了更高的要求。在高壓的環(huán)境當(dāng)中，對(duì)絕緣技術(shù)的應(yīng)用，有著更高的要求，這就需要認(rèn)真做好絕緣材料的使用工作，合理應(yīng)用當(dāng)前的條件，保證技術(shù)持續(xù)得到進(jìn)步，滿(mǎn)足時(shí)代發(fā)展的要求。